发电机转子两点接地故障分析与处理

丁浩 周文

【关键词】燃煤电站 发电机 转子两点接地 故障分析

1 概述

印尼中加里曼丹工程为新建2×270t/h循环流化床锅炉，2×66MW高温高压凝汽式汽轮发电机组，采用山东济南发电设备厂提供的型号为50WX18Z-05LLT发电机，于2016年1月1日凌晨正式并网投运，完成相关试验后正常停机维护。

2月7日08点，机组负荷为22.23MW，运行中控室监控系统上“转子一点接地”第一次闪报，立即对发电机保护装置（南瑞继保RCS-985RS/SS）进行检查，发现转子两点接地保护测量值Rg在13.16Ω附件宽幅波动；对励磁系统（湖北南银TDWLT-01S型静态励磁系统）可见部分进行逐一检查，无异常破损、松动及烧焦气味等现象出现。根据运行经验，发电机发生一点接地故障后，通常并不形成电流通路，励磁电流仍保持正常，对发电机并无直接伤害，故没有采取立即停机检查的措施。2月8日14点20分，发电机“转子两点接地”保护动作跳闸停机，在此期间综保装置出现过多次转子一点接地闪报，立即安排停炉检查。

2 事故分析与处理

发电机发生接地故障通常可分为三类：瞬时性接地故障、断续性接地故障以及永久性接地故障。根据上述转子一点接地保护信号频繁触发、转子对地阻值跳变的特点，可初步排除永久性接地故障的可能。本工程所使用的保护装置为“乒乓”式原理，输入端与发电机大轴和转子绕组的负极相连，其动作反应的是发电机转子对大轴绝缘电阻的下降。汽侧与励侧各一套接地碳刷，其中转子接地保护二次线经励侧接地碳刷连接大轴，而大轴的本身接地是由汽侧的接地碳刷通过引线与发电机基座相连接形成接地点，此碳刷是供转子接地保护和测量转子绕组正、负对地电压使用，通过正、负对地电压值来计算对地电阻，依此来检测整个回路对地绝缘情况。

2.1 励磁系统静态、动态检测

在回路电缆绝缘无破损、接线螺丝紧固的前提下，对灭磁开关出线进行绝缘检查。首先将励磁电刷拆除，同时拆启励、过压、灭磁回路线，采用万用表分别测量正对地、负对地以及正负极间绝缘电阻，测量结果均大于18.44MΩ（国家标准≥0.5 MΩ）。依次接入上述功能回路并测试绝缘，结果满足标准规定。同样，以直流汇流母排为切入点，分别对#1、#2励磁柜各部分进行正对地、负对地以及正负极间绝缘电阻进行测量，未出现异常情况。

基于上述测试结果，励磁变高压侧搭接临时电源，由励磁回路对发电机转子施加直流电压，进行对地电压测量。在升压期间，测试转子负极对地直流电压约为93V，正极对地直流电压为225V，大轴对地电压约为6V，当切换至交流档测试电压约为120V，且极不稳定，波动幅度大。据此分析，可排除励磁系统接地故障的可能性。若该系统存在接地情况，必然会出现一极电压为零，另一极升至全电压的情况。

2.2 二次回路检测

在外电路检查正常的基础上，分别对故障录波和保护装置回路极间绝缘电阻进行测试，正负对地绝缘电阻最小值为150MΩ，其中故障录波装置“电压、电流”通道和保护装置“一点接地”通道对地电阻均显示为无限大，该回路正常。

2.3 发电机转子回路直流电阻检测

在隔离所有外部回路的情况下，测试发电机转子绝缘数值为50MΩ，并在停机盘车状态下，采用直流电阻测试仪（LTCA-10），对转子进行直流电阻测试，测试结果为167.0mΩ，与发电机出厂前（179.3mΩ）及投用前（154.2mΩ）相比较，变化幅度小于2%，未见异常，符合规范要求。另外，采用兆欧表2500V档，测量转子线圈对地绝缘为26.41 MΩ，可判定转子不存在接地情况，若存在，则会放电击穿。

2.4 结果分析及事故处理

针对上述检测及分析结果，在排除励磁系统、发电机轉子接地的可能性的情况下，初步判断为保护装置误动作。对汽侧碳刷接触电阻进行测试，测试结果呈现不均匀跳变趋势，这一点与继保装置一点接地多次闪报相一致。进而对汽侧与励侧碳刷接触处进行外观检查，发现汽侧大轴表面锈蚀十分严重，表面凸凹不平，碳刷间存在明显间隙。针对这一现象，采用颗粒度较小的水砂纸，在盘车的状态下对其接触面进行均匀打磨，保证碳刷与大轴有良好接触。经此处理后，发电机再次并网运行期间未再出现发电机一点接地故障报警信号，整个运行情况良好。

3 总结分析

发电机转子回路一点接地是发电机较常出现的故障形式，系统仍可保持正常运行状态。但是如果转子一点接地故障不能及时排除，使得转子绕组对地已经产生电压，同时励磁回路对地电压有所升高，当系统出现各种扰动时，电压可能出现较大值，极易造成另外一点接地，进而形成两点接地。此时流过故障点的短路电流将大幅增加，严重时会导致转子绕组及励磁回路过热而损坏，同时，转子两点接地也会破坏整个磁场的对称性，造成整个机组强烈震动。因而，根据本次跳机事故可总结经验：

（1）由碳刷接触面不均匀引起的接地保护装置动作的实例较少，同时由于该项目#1机组为新投运机组，并且正常停机检修时间不长，未考虑当地雨季持续降雨的气候特点，起机前忽视了碳刷接触面的检查和清理工作。

（2）普遍采用的非注入式接地保护原理依靠励磁绕组本身的电气量构成判断依据，使得故障排查时容易局限在励磁回路上。并当出现碳刷接触电阻不稳定时，保护装置会多次发出一点接地动作信号，进而触发两点接地动作。

（3）根据NR RCS-985RS/SS系列保护装置原理，在发电机运行中，还应注意轴承的绝缘情况，定期对碳刷进行检查和维护，经常清理轴承座周围绝缘处的赃物，防止赃物形成导电回路，使轴承失去绝缘。

参考文献

[1]李军.发电机转子一点接地保护误动的原因分析及处理[J].广西电业， 2005（105）：96.

[2]林跃.300MW汽轮机转子两点接地故障的处理[J].贵州电力技术，2016（5）：36.

[3]杜宗轩.电气设备运行技术问答[M].北京：中国电力出版社，2003.